Тактика — манёвр, используемый для движения лодки против ветра с изменением направления зигзагом — один из самых сложных, но необходимых в парусном спорте. Хотя тактика широко распространена, движение парусов и ветровые нагрузки во время поворота изучены недостаточно.
Новое исследование математиков Нью-Йоркского университета и Мичиганского университета посвящено именно этим вопросам. В работе представлена детальная характеристика поведения парусов во время различных тактических движений и с разными типами парусов.
Результаты исследования могут служить основой для улучшения конструкции парусов и повышения эффективности и надёжности современных автономных парусников — они играют важную роль в океанографических исследованиях — при изменении направления в условиях непредсказуемого ветра.
«Тактика — это больше, чем просто поворот», — объясняет Христина Маврояикоуму, инструктор в Институте математических наук Куранта при Нью-Йоркском университете и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Fluids. «Это манёвр с высокими ставками, где производительность паруса может решить исход гонки или успех парусного путешествия в целом. Это исследование даёт морякам и инженерам новый ресурс для освоения ветра, раскрывая, что определяет успешный переворот и сколько времени это занимает».
«Проделана большая работа по оптимизации формы парусов и корпусов парусников, но многое ещё предстоит узнать о взаимодействии жидкости и конструкции во время нестационарных манёвров», — добавляет профессор Мичиганского университета Сайлас Албен, соавтор статьи с Маврояикоуму. «Манёвр тактики — это важный пример, где упрощённое моделирование может помочь нам понять основные физические принципы».
Исследователи изучили динамику движения парусов во время тактического манёвра: когда угол атаки паруса, или угол между ветром и хордой паруса, меняется на обратный, чтобы двигаться против ветра. При успешном выполнении тактики парус переворачивается, принимая зеркальное отражение своей первоначальной формы, в то время как при неудачной тактике парус остаётся в состоянии, близком к первоначальной форме.
Исследователи использовали комбинацию математического моделирования и численного моделирования, чтобы лучше понять, как паруса взаимодействуют с фоновым ветром во время тактики. Они рассмотрели, как парус движется в ветре и как ветер меняется в ответ. В целом их вычисления показали следующее:
Исследователи добавляют, что, помимо соревновательного парусного спорта, это исследование потенциально может принести пользу автоматизированным парусным судам в различных условиях ветра.
Предоставлено Нью-Йоркским университетом.